JPH0826959B2 - 機構，装置等の水平維持ベース - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は各種の機械，機構，装置等であって、水平面
又は鉛直軸に対し所定角度、例えば、完全に水平又は鉛
直に設置する必要があるもの、或は、設置面がランダム
に変動乃至は揺動する場所や装置に設置しても、常に水
平面又は水平面に対する所望の傾き面を自動的に形成す
ることができるようにした前記装置等の取付基盤などの
水平維持ベースに関するものである。

〔従来の技術〕

従来より、例えば、精密機械や測定機器類は、完全な
水平を保って設置しなければならないものにあっては、
その水平度を調整するためのアジャスタが前記機器類の
取付基盤や定盤によるベース部材に取付けられている。

このアジャスタは、例えば機筐の底面を基盤とするも
のではその四隅にネジ式の足を設け、この足を前記ネジ
の正，逆回転によって機筐底面に対し進退させることに
より、機筐の水平度を出すようにしている。

一方、常に揺動したり角度変位する設置面に設けられ
る機構，装置類を、設置面の変位の有無に拘らず常に水
平に維持したり、水平面に対し所定の傾き角に追従維持
する技術の要請はあるが、従来技術では十分に対応でき
ないでいる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記のようなアジャスタは、各４本の足をい
ちいち手で回転操作する必要があって調整に手間がかか
ること、及び、水平度検出器や水準器等を見ながら操作
するため、迅速な調整が出来ないなどの問題がある。

また、揺動したり角度変位する設置面に対し常に水平
を維持したり、所望の傾き方向、傾き角に自動追従して
維持できるようにした簡潔な構成の手段もない。

本発明はこのような点に鑑み、設置される装置，機器
類の例えば水平度維持のための作動が自動的になされ、
また、水平面又は鉛直軸に対する所望の角度に追従させ
て位置決めすることのできる前記装置，機器類の水平維
持ベースを提供することを課題とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するためになされた本発明の構成は、
適宜の機構，装置類が載架されるベース部材に含まれる
水平面の一端側を、該水平面に平行な第一軸とこの第一
軸に軸受けを介して直交する前記水平面に平行な第二軸
とにより支持すると共に、前記ベース部材の水平面の他
端側を上下方向に昇降するようにした第三軸と第四軸と
により支持したことを特徴とするものである。

〔作用〕

機構，装置類が載架されるベース部材に含まれる水平
面の両側端が、それぞれ第一軸〜第四軸によって支持さ
れることにより、当該ベース部材は、鉛直軸又は水平面
に対し傾き角ゼロから所定の傾き角度まで、任意の角度
にその姿勢を追従させたり、又は、一定の角度の姿勢に
保持することができる。

本発明においてベース部材に含まれる水平面とは、機
構，装置類の底部をなす基盤や定盤はすべてが一律に扁
平な面ばかりではなく、脚部材があったり、凹凸面や段
差を持つものもあるので、機構，装置類の前記基盤や定
盤等によるベース部材に含まれた水平な面をいう。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を図に拠り説明する。

第１図は本発明水平維持ベースの一例をスケルトンで
示す斜視図である。

この図において、１は水平な第一軸で、ここでは図の
奥行方向に沿って配設されている。1a,1bはこの第一軸
１をその両端で支持した第一軸の軸受である。

２は、上記第一軸１の中程において、当該第一軸１と
直交するほぼ水平な向きに配設した第二軸で、この軸２
の後端（図の右側）が第一軸１上において軸受2aにより
回転自在に支持されている。

上記第二軸の前端（図の左側）は、当該軸２と直交す
る向きに、つまり第一軸１と平行な支軸２′を有してお
り、この支軸２′の両端部が鉛直軸にほぼ平行な第三軸
と第四軸に支持されている。

上記第三軸３と第四軸４は、モータシリンダ、エアシ
リンダ、送りネジ機構などによるストロークアクチェー
タ3A,4Aにより、鉛直軸方向に昇降自在に形成されてい
る。この構成により、支軸２′と第二軸２、つまり、こ
の両軸2,2′を含む平面は、後に述べる機構，装置類の
取付基盤や定盤等によるベース部材に含まれる水平面を
形成し、本発明ではこの面を基準水平面Ｈとする。該水
平面は、前記アクチェータ3A,4Aの双方、又は、一方の
昇降動作によって、鉛直軸又はこの軸に直交した水平面
Ｈに対し、傾き角ゼロを含む任意の角度に位置付けて保
持することができる。

上記両アクチェータ3A,4Aの上端側の支軸２′との連
結部3a,4a、並びに、下端側の接地部3b,4bには、自在継
手が用いられている。

尚、第一軸，第二軸については、ギヤードモータ等の
回転アクチェータを軸受2aや第一軸の軸受1a,1bに取付
けて回転力を付与するようにすることもできる。

以上により本発明水平維持ベースの一例を形成する
が、上記のような作動が可能なベースは、以下に説明す
るような鉛直度検出器VSによって、その第二軸２とその
支軸２′を含む基準水平面Ｈの鉛直軸に対する傾きを常
時検出し、例えば、この基準水平面Ｈを鉛直軸に対し水
平を保持するように上記アクチェータ3A,4Aを作動させ
ることができるので、この点について以下に説明する。

まず、検出器VSの構成の一例としては、第２図々示の
ように縦向きにした筒状本体11を基準部材とし、その内
部において、平面上の前後乃至は左右、又は、これらの
交叉方向において自由に揺動できる重錘12を、球面座14
に載架支持される吊下支持体13に吊下すると共に、前記
重錘12の揺動方向において当該重錘12の揺動を電気的又
は磁気的若しくは光学的に検出する検出手段Ｓを設けて
形成されている。

上記球面座14に載架支持される吊下支持部材13の中間
には、下半側が球面状部15aに形成された駒部材15が取
付けられている。而して、吊下支持部材13は重錘12を吊
下支持する杆体であるが、重錘12の重量が揺動に与える
影響を軽減するため前記支持部材13と筒状本体11の上面
の間にはコイルバネ16が介在させられている。

上記吊下支持体13の下半側は、ここでは筒状本体11の
下端から突出する程度の長さに整えられ、中間より上部
に重錘12が上，下位置調整自在に取付けられている。重
錘12の位置は、その揺動乃至は振動周波数を調整したら
固定する。尚、重錘12は吊下支持体13の上部側、つま
り、支持点の近傍に位置付けると振動（揺動）周波数が
高くなるので、傾きの検出精度が高まる。

以上の各部材11〜16の構成によって、重錘12は筒状本
体11の内部において、その球面座14と駒部材15の当接面
15a並びにバネ16の作用により、平面上のあらゆる方向
に対し揺動可能に吊下支持される。

上記重錘12は、自由揺動可能に支持されているため、
基準部材としての筒状本体11が少しでも傾くと、揺動が
起こりそれがある時間持続する、つまり、振動すること
となる。ここで、揺動し始めを検出すれば、傾きの発生
とその傾き方向を検出し特定することができる。

しかし乍ら、例えば重錘12が前後方向で揺動し始め、
これが継続して振動状態になると、この振動が前後の検
出手段に検出されて、筒状本体11の傾きがいずれの側に
生じたのか、或は、傾きの度合はどの程度かといったこ
とが検出，判別し難くなる。

本発明で使用する検出器はこのような状態において
も、迅速且つ正確に傾きの有無や傾きの方向、或は、傾
き度合を、簡単な構造で検出できるようにした。以下、
この部の構成について説明をする。

17は上記吊下支持体13の下端に取付けた平板状の光遮
蔽板で、ここでは平面矩形に形成されている。18,19,2
0,21は上記遮蔽板17の各辺上においてこの板を上下から
挟む態様で基準部材である筒状本体11の下端に取付け配
設した、例えば、ホトインタラプタで、これらの部材17
〜21により検出手段Ｓを形成する。光遮蔽板17と検出手
段18〜21は、上記支持体13のできるだけ下端側に設ける
ことが望ましい。小さな傾きでも感度よく検出するため
である。

而して、上記の検出手段Ｓにおける各ホトインタラプ
タ18〜21は、筒状本体11が鉛直、つまり、本体１と吊下
支持体13とが共に鉛直な姿勢にあるときは、いずれのホ
トインタラプタ18〜21も信号を生じないが、一例とし
て、筒状本体11が左側に傾くと、ホトインタラプタ20の
受光側に信号が生じるようになっている。また、筒状本
体11が各ホトインタラプタ18〜21の中間側、つまり、斜
めに傾くと、対応する側の２つのホトインタラプタに信
号が発生する。

従って、いま、遮蔽板17とホトインタラプタ18〜21の
関係を平面から見て第３図に示すように位置付けたとす
ると、ホトインタラプタ18の出力は基準部材たる筒状本
体11の右傾を、ホトインタラプタ19の出力は前記本体11
の前傾（向う側への傾き）を、ホトインタラプタ20の出
力は前記本体11の左傾を、ホトインタラプタ21の出力は
前記本体11の後傾（手前側への傾き）を、それぞれ示す
ことになる。また、ホトインタラプタ18,19、又は、同1
9,20、若しくは、同21,18の、夫々の同時出力は、それ
ぞれ筒状本体11が前後、或は、左右において斜めに傾い
ていることを示すこととなる。

この結果、上記各ホトインタラプタ18〜21のいずれか
ら最初の出力が得られるかということを検出すれば、筒
状本体11が鉛直軸に対し当初いずれの方向に傾いたこと
を知ることができる。

而して、上記で説明した鉛直度検出器VSは、これを本
発明水平維持ベースの第二軸２と支軸２′を含む平面Ｈ
に鉛直に取付け、この第二軸２が移動したり傾いたりす
ると、重錘12を取付けた吊下支持体13は揺動し始め、そ
の揺動が振動状態となって継続することとなる。

ここで、基準部材たる筒状本体11に鉛直軸に対する傾
きがなければ（第４図（ａ）参照）、重錘の振動によ
り、例えば、ホトインタラプタ18,20のそれぞれに検出
される信号は、第４図（ｂ）から明らかなように、略同
等の出力値である。

しかし乍ら、吊下支持体13の揺動が、基準部材たる筒
状本体11が鉛直軸に対して傾いた状態（第５図（ａ）参
照）においてつづくと、その揺動に沿った方向に位置す
るホトインタラプタ、例えば、ホトインタラプタ18と20
とに得られる検出出力は、第５図（ｂ）から明らかなよ
うに異ったものとなる。

そこで、本発明水平維持ベースでは、一例として上記
ホトインタラプタ18又は20から出力が得られる時間を計
測してこれを比較したり、或は、ホトインタラプタ18,2
0の検出出力をパルス信号で取出すようにしておき、両
出力を比較することにより、上記例の場合、対象つまり
水平維持ベースの第二軸２がいずれのホトインタラプタ
18,20に関してより傾いているか、即ち、傾きの方向を
検出すると共に、ホトインタラプタ18の単位時間におけ
る出力（波形の面積やパルス数）を計測演算して傾き度
合を検出するようにした。

尚、検出手段の一例として設けたホトインタラプタ18
〜21が、その発光部がパルス光を受光側へ照射するタイ
プのものでは、検出出力はパルス出力で得られる。この
ような検出手段では、発光部の発光周波数を変調するこ
とにより検出感度、或は、検出精度を任意に調整するこ
とができる。

上記のような出力を得る検出手段の例としては、磁気
エンコーダのような構造のものがあるのでこれを用いて
もよい。

第６図は検出手段たるホトインタラプタの出力信号の
処理部を含む制御回路の機能ブロック図である。

第６図に於て、22〜25は各ホトインタラプタ18〜21に
接続された検出回路で、例えば、各ホトインタラプタに
おいて出力18S〜21Sのある時間をクロックパルスで計測
する回路、又は、ホトインタラプタ出力のパルス数を計
数するカウンタ回路により形成されている。26〜29は、
各ホトインタラプタ18〜21において同時に２つのホトイ
ンタラプタが出力する場合において、両ホトインタラプ
タの検出回路22〜25の出力を加算する加算検出回路で、
２つのホトインタラプタからの入力がなければ作動しな
いゲート（図示せず）を具備している。

30〜33は、上記の各検出回路22〜25、26〜29におい
て、対応関係にあるホトインタラプタ18〜21の検出出力
同士を比較する比較回路で、例えば、各検出回路22〜2
5、又は、加算検出回路26〜29の検出数値の差を演算す
る。この演算値は、それぞれ次の出力回路34〜37におい
て角度を示す信号に変換されて次に出力される。

上記検出器VSにおいて、各ホトインタラプタ18〜21の
出力を処理する方法は上記例に限られるものではない
が、いずれの方法をとっても、処理部における出力回路
34〜37の出力は同様にする。

上記に説明した鉛直度検出器VSは、第１図に示した本
発明水平維持ベースにおける第三軸３と第四軸４のスト
ロークアクチェータ3A,4Aを昇降させ、軸2,2′を含む基
準水平面Ｈを常に鉛直軸に対し水平に保持するための機
構に応用されるので、以下、説明する。

いま、本発明水平維持ベースにおける軸2,2′を含む
基準水平面Ｈが何らかの原因で鉛直軸に対し水平でな
い、つまり、傾くと、前記検出器VSの筒状本体11も同じ
角度に傾く。

この傾きは、筒状本体11に内装されたホトインタラプ
タ18〜21のいずれか一つ又は二つによって検出され、第
６図に示した検出信号の処理部において出力回路34〜37
のいずれかの出力としてアクチェータ3A又は4Aのモータ
40又は50の駆動制御回路31,41に供給され、当該モータ4
0,50を正転又は逆転させ、筒状本体11を鉛直に矯正す
る。ここでは説明の便宜上、モータ40,50の正転を時計
方向、逆転を反時計方向とする。この点について次に説
明する。

ホトインタラプタの検出信号の処理部の出力回路34
は、ホトインタラプタ18,20の出力に基づいてモータ40
の正転及び逆転信号を出力する。同じく出力回路35はホ
トインタラプタ19、21の出力によってモータ50の正転及
び逆転信号を出力する。

一方、出力回路36は、ホトインタラプタ18,21と同19,
20の出力によって、モータ40,50の正転及び逆転信号を
出力する。同じく、出力回路27はホトインタラプタ18、
19と同20,21の出力によって、モータ40,50の正転及び逆
転信号を出力するようにされているものとする。

尚、出力回路36,37におけるモータ40,50に対する回転
方向の信号の組合せは、上記例以外にも組合せ方はある
が、ここでは省略する。

第６図において、41,51はそれぞれモータ40,50の制御
回路で、それぞれにモータ40,50に対する正転指令回路4
1a,51aと逆転指令回路41bと51b、並びに、駆動部41c,51
cを主体にして形成されている。

上記構成によって鉛直度検出器VSにおける各ホトイン
タラプタ18〜21に得られる信号により、当該検出器VSの
筒状本体11を常に鉛直に矯正するためのモータ40,50の
駆動制御信号が得られるものである。

以上の説明から明らかなように、本発明の水平維持ベ
ースでは各鉛直度検出器VSのホトインタラプタ18〜21に
得られる検出信号によって基準部材（筒状本体）の鉛直
軸に対する傾きを定量的に検出できるから、この検出信
号に基いて前記基準部材の傾きを矯正することができ
る。従って、本発明水平維持ベースの第二軸２、２′を
含む基準水平面Ｈは、常に鉛直軸に対し水平な面に矯正
して保持されることとなる。

以上は本発明水平維持ベースの設置面に角度変位があ
るとき、当該ベースの基準水平面Ｈを常時水平に維持で
きる例について述べたものであるが、本発明水平維持ベ
ースは、上記の基準水平面Ｈを任意の傾き方向とその傾
き角に追従させてその角度を維持するようにもすること
ができる。

このように本発明の水平維持ベースは、その設置面の
変位に拘らず常に水平を保持するように追従させたり、
常に所定角度を維持するようにさせるので、次のような
分野で利用して利便性が高い。

例えば、キャタピラやホイールを具備した屋外作業機
の台車に本発明ベースを取付け、その基準水平面に一例
としてパントグラフ状の平行リンクを応用したクレーン
状の荷重支持手段を取付けた装置、人工衛星等の追従用
アンテナの設置ベース装置、移動作業車の作業機水平維
持ベース装置、船舶、航空機等における各種機器類等の
水平維持ベース装置として利用することにより、この水
平維持ベース装置上の基準水平面に、上記実施例で説明
した水平面乃至は所望の傾き角を実現させることができ
る。

〔発明の効果〕

本発明は以上の通りであって、機構，装置類が取付ら
れるベース部材を鉛直軸又はこれに直交する水平面に対
し、傾き角０度を含む所望の傾き角度に追従させてその
角度を保持したり変更することができるようにしたの
で、厳密な設置角度（面）の維持が要求される精密機器
類や測定機類、或は、通信用のパラボラアンテナ等の水
平維持ベースとしてきわめて有用である。

また、上記の所望の傾き角に対する追従は、鉛直度検
出器等による角度検出センサの検出角によって、本発明
水平維持ベースの基準水平面Ｈを支持しているストロー
クアクチェータを正，逆駆動させ、当該所望の傾き角を
追従させてその角を実現するので、容易かつ迅速でしか
も省力的な自動調整が可能である。しかも、このような
作動を実現するための機構は至ってシンプルであるか
ら、きわめて高精度の作動を実現できる水平維持ベース
を低コストに作製提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明水平維持ベースの構造をスケルトンで表
わした斜視図、第２図は本発明水平維持ベースに使用す
る鉛直度検出器の一例の正断面図、第３図は第２図のII
I−III矢視図、第４図（ａ）は鉛直状態における吊下支
持体、重錘とホトインタラプタの関係の一例を示す模式
図、第４図（ｂ）は第４図（ａ）の状態におけるホトイ
ンタラプタの出力波形の一例を示す波形図、第５図
（ａ）は傾いた状態における吊下支持体，重錘とホトイ
ンタラプタの関係の一例を示す模式図、第５図（ｂ）は
第５図（ａ）の状態におけるホトインタラプタの出力波
形の一例を示す波形図、第６図は角度検出器を本発明水
平維持ベースの傾きを制御する機構に組込んだ例の制御
ブロック図である。 １…第一軸、1a,1b…軸受、２…第二軸、2a…軸受、３
…第三軸、４…第四軸、3A,4A…ストロークアクチェー
タ、Ｈ…基準水平面

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】適宜の機構，装置類が載架されるベース部
   材に含まれる水平面の一端側を、該水平面に平行な第一
   軸とこの第一軸に軸受けを介して直交する前記水平面に
   平行な第二軸とにより支持すると共に、前記ベース部材
   の水平面の他端側を上下方向に昇降するようにした第三
   軸と第四軸とにより支持したことを特徴とする機構，装
   置等の水平維持ベース。
2. 【請求項２】第三軸，第四軸はモータシリンダ等のスト
   ロークアクチェータにより夫々に上，下動させられるよ
   うにした請求項１の機構，装置等の水平維持ベース。
3. 【請求項３】ベース部材の鉛直度又は水平度若しくはそ
   れらに対する傾きを検出する角度検出センサを当該ベー
   ス部材を基準面として設け、前記第三軸と第四軸のスト
   ロークアクチェータを、前記検出センサの検出出力を演
   算処理して駆動制御するようにした請求項２又は３の機
   構，装置等の水平維持ベース。
4. 【請求項４】請求項３の機構，装置等の水平維持ベース
   における角度検出センサは、縦向の筒状本体を基準部材
   として基準水平面に取付け、該筒体の内部に、平面上の
   前後乃至は左右、又は、交叉方向において自由に揺動で
   きるように吊下支持体を介して重錘を吊下すると共に、
   前記重錘の揺動方向において当該重錘の揺動を電気的又
   は磁気的若しくは光学的に検出する検出手段を設けて成
   る角度検出センサ。
5. 【請求項５】重錘の揺動は、バネの撥力，磁力などによ
   り外部から付勢をし前記揺動の助長乃至は接続をさせる
   ようにした請求項４の角度検出センサ。
6. 【請求項６】重錘の吊下支持点にはスプリングを介在さ
   せ、重錘による当該支持点におけるフリクションを軽減
   するようにした請求項４又は５の角度検出センサ。
7. 【請求項７】重錘の吊下は、重錘の揺動周波数を高めか
   つその周波数を調整するため、吊下支持点の近傍に位置
   付け且つ上下位置調整可能にすると共に、検出手段は検
   出感度を上げるため、吊下支持点から離れた吊下支持体
   の下端近くの位置に設けた請求項４〜６のいずれかの角
   度検出センサ。
8. 【請求項８】重錘がほぼ鉛直な向きに静定していると
   き、又は、鉛直軸に対し前後乃至は左右に偏ることなく
   揺動するときは、各検出手段に出力が生じないか、又
   は、揺動方向で対向した検出手段の出力を相殺した不感
   帯を設定するようにした請求項４〜７のいずれかの角度
   検出センサ。
9. 【請求項９】筒状本体は基準水平面に対する取付角度を
   任意の方向に任意角度傾けて取付けるようにした請求項
   ４〜８のいずれかの角度検出センサ。